寧夏自然資源調查監測關鍵技術研究與實踐

唐 菲，賈 丹，魏 鵬

（寧夏回族自治區水文環境地質調查院，銀川 750021）

為加快建立自然資源統一調查、評價、監測制度，切實履行自然資源統一調查監測職責，2020年1月，自然資源部印發《自然資源調查監測體系構建總體方案》。各省（自治區、直轄市）陸續出臺省級方案，寧夏回族自治區（簡稱寧夏）在本區方案中也做了明確具體的安排部署、細化分工。然而，自然資源調查監測涉及面廣、技術流程復雜，具體實施存在一定難度。如何利用自然資源調查監測技術高效、準確、順利地開展此項工作成為各地自然資源調查監測關注的重點[1]。本文結合2022年寧夏自然資源調查監測工作，探討自然資源調查監測的關鍵技術，以期為更好服務自然資源中心管理提供技術支撐。

1 調查監測內容

自然資源調查監測是在自然資源調查本底數據的基礎上開展的年度變化調查監測及更新。調查監測內容主要包括兩個方面。一是全域全要素調查監測。基于第三次全國國土調查數據及上一年度國土變更本底數據，全面監測更新耕地、園地、森林、草原、濕地、水域、沙漠、城市國土空間等各類自然資源的空間分布、范圍、數量、結構和變化情況，及時掌握調查區自然資源的類型、面積、范圍等方面的變化。二是專項調查監測。結合寧夏區情，在2020年專項調查的基礎上，2021年專項調查監測內容為“四色名片”（紫色—葡萄、紅色—枸杞、白色—肉牛、灘羊，綠色—優質瓜果蔬菜）特色產業用地監測、黃河流域自然資源監測及“三山”（賀蘭山、六盤山、羅山）自然保護區自然資源監測。根據區內產業結構調整等因素，2022年專項監測內容調整為“六新六特六優”特色產業調查監測，對風電、光伏等清潔能源，肉牛、灘羊、冷涼蔬菜等特色農業進行監測，掌握其空間分布、范圍、數量、結構和變化。

2 關鍵技術實踐

自然資源調查監測是一項涉及面廣、時效性強、技術流程復雜、技術難度大的系統工程，需要多個部門協同配合。其技術流程主要包括5 個環節，即數據收集整理、變化信息提取、外業調查舉證、內業數據整理、數據質檢建庫，具體技術路線如圖1所示。

圖1 寧夏自然資源調查監測技術路線

2.1 數據收集整理

自然資源調查監測涉及多個管理部門，需要統籌考慮多項數據資料，主要有高分辨率遙感影像、疑似變化圖斑和管理成果資料。高分辨率遙感影像的分辨率優于1 m，這就需要收集上一年度及本年度同時期的至少兩期影像進行對比分析。疑似變化圖斑包括以衛片執法、耕地監測、督察等為主的國家圖斑及地方提取的疑似變化圖斑，林草、水利等部門的行業和地方變化需求圖斑。管理成果資料主要向自治區和市縣相關部門收集，包括設施農用地備案、各類工程項目臨時用地批復、植樹造林等生態修復項目、城鄉建設用地增減掛鉤、土地綜合整治、永久基本農田、生態保護紅線、城鎮開發邊界等管理數據。將收集的多元信息數據進行分類存儲，對數據進行拓撲檢查，統一矢量數據格式及其坐標系，并將其與第三次國土調查影像套合，驗證數據準確性。將收集的衛星遙感影像與基礎底圖疊加對比，對于二者同名地物點的中誤差和重疊區誤差大于限差的，對影像進行糾正及配準，確保基礎底圖精度符合要求。

2.2 變化信息提取

自然資源變化信息提取是調查監測的關鍵環節，其提取的準確性及全面性直接關系后期地類變更的質量。主要技術流程分為自動提取、目視解譯及數據融合整理3 個步驟。

2.2.1 基于面向對象、深度學習的自動提取技術

面向對象的遙感影像分割與信息提取方法目前已廣泛應用于高分辨率遙感影像的地物信息提取，它可以有效利用遙感影像的光譜信息和空間信息進行多尺度分割和特征統計[2]。此外，深度學習模型作為機器學習領域的前沿技術，能夠在構建訓練模型和深入樣本訓練的基礎上，更加智能、快速地提取地類特征與信息。針對頻繁且大面積的地類變化，僅依靠人工解譯提取難以滿足時效性。因此，在變化信息提取過程中，利用面向對象、深度學習的遙感自動提取技術可大大提高變化信息的提取效率和準確性。

2.2.2 基于人機交互的監測圖斑提取

在自動提取疑似變化圖斑的基礎上，對比上一年度與本年度同時期的兩期影像，結合各類用地管理信息，通過人機交互影像判讀的方式遙感解譯提取變化信息。判讀自動提取的圖斑是否屬實，邊界是否合理，對比兩期影像進行深入提取分析，同時補充提取自動提取遺漏變化圖斑。

2.2.3 數據融合整理

對多個渠道收集、提取的監測圖斑進行拓撲檢查、數據融合。重疊圖斑以國家圖斑優于省級圖斑，省級圖斑優于自提圖斑的順序進行細化、裁切、合并或刪除，確保后期上傳調查平臺的圖斑無拓撲錯誤，避免地類過多的綜合性大圖斑。提取的監測圖斑主要分為4 個類型和圖層，分別為疑似新增建設圖斑、建設和設施農用地拆除圖斑、農用地變化圖斑、未利用地變化圖斑。各類型圖層的圖斑需要賦予具體的屬性，包括縣級行政區代碼、名稱、圖斑類型、圖斑特征、基礎庫地類編碼、地類名稱等。

2.3 外業調查舉證

通過內業變化信息提取的監測圖斑上傳至寧夏自然資源調查云平臺，外業舉證人員利用移動設備實地開展調查舉證。

2.3.1 優化穩定的調查舉證平臺

寧夏自然資源日常調查監測及年度國土變更項目的外業調查舉證均基于寧夏自然資源調查云平臺。該平臺主要由調查監測業務中心、成果共享中心、管理中心等五個功能模塊組成，以“互聯網+”的模式實現客戶端、移動端及云端的同步協調在線舉證功能，為開展寧夏自然資源調查監測外業舉證提供極大的便利。平臺不斷升級優化，但在使用過程中仍然存在定位不準、定位圖標反向、閃退、已舉證圖斑顯示方式不合理等問題。穩定精準的平臺服務是外業調查舉證高效開展的前提。系統平臺需要進一步優化升級，提高定位的準確度及系統的穩定性，優化舉證圖斑的分類及顯示方式，提高舉證效率。

2.3.2 基于移動設備的快速調查舉證

通過寧夏自然資源調查云平臺，使用帶衛星定位和方向傳感器的移動設備，將舉證圖斑地塊綜合信息的舉證數據包上傳至云平臺。外業調查舉證時，按照舉證技術要求，實地逐圖斑核實確認圖斑地類，明確圖斑邊界，記錄更新圖斑權屬、恢復屬性、種植屬性、耕地細化等各類屬性信息。

2.3.3 基于無人機的高效調查舉證

對于面積較大及人難以到達的地區，可以采用無人機舉證，提高舉證效率。無人機舉證飛行高度需要按照使用的照相機參數與地面分辨率要求綜合考慮[3]。在保證安全且不違反國家相關法律法規的情況下，根據地塊面積、地形條件以及相機參數等因素，綜合確定無人機飛行高度，確保拍攝地面分辨率在0.01～0.20 m，像素大小不低于500 萬。

2.4 內業數據整理

以寧夏自然資源調查云平臺上的調查舉證照片為依據，根據《寧夏第三次國土調查技術細則》（DB64/T 1747—2020）等規范要求，結合收集的各類用地管理信息，根據外業調查舉證實地現狀，對圖斑的邊界、地類、權屬等屬性進行變更。

2.5 數據質檢建庫

數據質檢貫穿于自然資源調查全過程。在變化信息提取、外業調查舉證及內業圖斑修改的過程中，作業人員要進行自檢互檢并形成檢查記錄。數據更新建庫前，要進行軟件質檢。主要檢查內容包括數據完整性、邏輯一致性、空間定位準確度、屬性數據準確性、數據庫拓撲容差、數據匯總等。根據質檢結果，對數據進行修改完善。

根據國土變更調查數據更新技術要求、數據庫變更方法、標準及相關質量要求，采用增量更新的方式，對經過質檢的數據進行縣級日常化調查成果數據庫更新。采用數據庫變更軟件，以上一年度變更調查數據庫為基礎，依據日常監測調查內外業成果，提取變化范圍及變化圖斑，變更日常監測調查數據庫，生成更新數據包，生成本年度自然資源日常監測調查數據庫、增量變化信息及相關變更統計報表。

3 結語

本文結合工作實際，研究寧夏自然資源調查監測的多元信息數據收集整理、變化信息提取、外業調查舉證、內業數據整理及數據質檢建庫5 個關鍵技術，為更好地開展自然資源調查監測，服務自然資源中心管理提供技術支撐。未來將充分利用現代測量、信息網絡以及空間探測等技術手段，構建“天-空-地-網”為一體的自然資源調查監測技術體系，實現對自然資源全要素、全流程、全覆蓋的現代化調查監測。